به گزارش چاینادیلی، این پژوهش نقطه عطف مهمی در فناوری حافظه به شمار میرود. در مقایسه با فناوریهای حافظه موجود، از جمله حافظه دسترسی تصادفی پویا (DRAM) و حافظه فلش سهبعدی NAND، این دستگاه جدید سه ویژگی را که تاکنون دستیابی همزمان به آنها بسیار دشوار بوده است، در خود جمع کرده است: سرعت بالا، مصرف انرژی پایین و قابلیت حفظ دادهها بدون نیاز به منبع تغذیه.
پژوهشگران اعلام کردند این فناوری میتواند به پاسخگویی به نیازهای فزاینده محاسباتی هوش مصنوعی عمومی (AGI) کمک کند؛ فناوریای که برای پردازش و ذخیرهسازی حجم عظیم دادهها به روشهایی بسیار سریعتر و کارآمدتر نیاز دارد.
تراشههای حافظه یکی از اجزای کلیدی رایانههای امروزی هستند، زیرا دادههای مورد نیاز برای پردازش را ذخیره و بازیابی میکنند. با این حال، سرعت دسترسی به دادهها و میزان انرژی مورد نیاز برای این کار همچنان از مهمترین موانع ارتقای عملکرد سامانههای محاسباتی محسوب میشود.
فناوریهای رایج حافظه، هر یک مزایا و محدودیتهای خاص خود را دارند. DRAM میتواند دادهها را با سرعت بسیار بالا بخواند و بنویسد و به همین دلیل برای رایانشهای با عملکرد بالا مناسب است، اما با قطع برق، تمام اطلاعات ذخیرهشده را از دست میدهد. در مقابل، حافظه فلش سهبعدی NAND قادر است دادهها را سالها بدون برق حفظ کند، اما سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات در آن پایینتر است.
برای رفع این محدودیتها، پژوهشگران آزمایشگاه کلیدی دولتی تراشهها و سامانههای مجتمع و دانشکده مدارهای مجتمع و الکترونیک میکرو-نانو در دانشگاه فودان، بیش از یک دهه را صرف توسعه نوع جدیدی از حافظه کردهاند.
این گروه سال گذشته نمونه اولیه حافظه فلش دوبعدی PoX 2D را معرفی کرد و در اکتبر همان سال نیز نخستین تراشه حافظه فلش دوبعدی با قابلیتهای کامل جهان با نام CY-01 را رونمایی کرد.
پس از توسعه آنچه سریعترین فناوری ذخیرهسازی بار الکتریکی در نیمهرساناها تاکنون توصیف شده است، پژوهشگران هدفی بلندپروازانهتر را دنبال کردند: ذخیره یک بیت اطلاعات تنها با استفاده از یک الکترون.
الکترونها ذرات بسیار کوچکی هستند که بار الکتریکی را حمل میکنند و پایه عملکرد تجهیزات الکترونیکی را تشکیل میدهند. از نظر تئوری، استفاده از یک الکترون برای نمایش یک بیت اطلاعات، امکان ساخت کوچکترین و کممصرفترین حافظه ممکن را فراهم میکند.
با این حال، دانشمندان مدتها معتقد بودند دستیابی به چنین فناوریای بسیار دشوار است، زیرا رفتار الکترونهای منفرد تحت قوانین مکانیک کوانتومی قرار دارد و در شرایط عادی به سختی قابل مشاهده است.
گروه فودان با تکیه بر اصول بنیادین مکانیک کوانتومی، فناوری جدیدی برای فلش کوانتومی توسعه داد که امکان کنترل و ذخیرهسازی دقیق یک الکترون منفرد را فراهم میکند. پژوهشگران با بهرهگیری از ویژگیهای اتمی مواد نیمهرسانای دوبعدی، ساختار جدیدی برای این دستگاه طراحی کردند که به آنها اجازه میدهد الکترونهای منفرد را با اطمینان کنترل کنند.
این گروه برای نخستین بار موفق شد ذخیرهسازی پایدار و غیرفرار یک الکترون منفرد را در دمای اتاق ۲۷ درجه سانتیگراد بهطور مستقیم مشاهده کند. پیش از این، بسیاری از پژوهشگران معتقد بودند چنین رفتارهای کوانتومی تنها در دماهای بسیار پایین قابل مشاهده هستند.
پژوهشگران همچنین دستگاهی توسعه دادند که به گفته آنان، بزرگترین پنجره حافظه کوانتومی غیرفرار جهان را در اختیار دارد. این دستگاه تنها به یک الکترون نیاز دارد تا پنجره حافظهای معادل ۰٫۵ ولت ایجاد کند؛ دستاوردی که امکان ذخیره یک بیت اطلاعات با استفاده از تنها یک الکترون را نشان میدهد.
این پیشرفت چشمانداز تولید تراشههای حافظهای با چگالی بسیار بالاتر، مصرف انرژی بسیار کمتر و عملکرد سریعتر را فراهم میکند؛ ویژگیهایی که آنها را برای سامانههای هوش مصنوعی آینده بسیار مناسب میسازد.
در عصر هوش مصنوعی، نیاز به سرعت ذخیرهسازی، ظرفیت، بهرهوری انرژی و پایداری به سطح کاملاً جدیدی رسیده است.
امکان ذخیره یک بیت اطلاعات از طریق تغییر وضعیت یک الکترون منفرد، مصرف انرژی را بهطور قابل توجهی کاهش میدهد و راه را برای دستیابی به ظرفیتهای ذخیرهسازی بسیار بالاتر هموار میکند.
فناوری پیشرفته کنونی DRAM معمولاً برای ذخیره یک بیت اطلاعات به حدود ۲۰۰ هزار الکترون نیاز دارد.
در مقابل، دستگاه جدید این گروه تنها با یک الکترون همان میزان اطلاعات را ذخیره میکند و در عین حال، قابلیت ذخیرهسازی غیرفرار را نیز حفظ میکند.
این فناوری ضمن کاهش مصرف انرژی، بهرهوری ذخیرهسازی را به میزان قابل توجهی افزایش میدهد و امکان دستیابی به چگالی ذخیرهسازی بسیار بالاتر را فراهم میکند.
این نوع حافظه میتواند مستقیماً با پردازندهها یکپارچه شود و امکان انتقال بسیار سریعتر دادهها میان واحدهای پردازش و ذخیرهسازی را فراهم کند.
این امر تأخیر در انتقال دادهها را بهطور چشمگیری کاهش میدهد، بهرهوری محاسباتی را افزایش میدهد و به گسترش کاربردهای هوش مصنوعی در صنایع مختلف کمک خواهد کرد.
در جریان این پژوهش، این گروه به یک کشف علمی جدید نیز دست یافت. پژوهشگران برای نخستین بار موفق شدند یک اثر ناشناخته حافظه کوانتومی را پیشبینی و بهصورت تجربی مشاهده کنند؛ اثری که در آن، یک حالت کوانتومی از طریق سازوکاری که آن را »قیچی چگالی حالتها» توصیف کردهاند، بهطور دقیق کنترل میشود.
به گفته این گروه، این کشف، بنیان نظری جدیدی برای حافظه کوانتومی تکالکترونی فراهم میکند و میتواند روند مهندسی و تجاریسازی فناوریهای ذخیرهسازی کوانتومی را در آینده تسریع کند.
منبع: chinadaily
